Space Science: Miksi hiiret, olut ja siittiöt lähetetään kiertoradalle

12. huhtikuuta 1961 Juri Gagarin Hänestä tuli ensimmäinen henkilö historiassa lentää avaruuteen. Muutama vuosikymmen myöhemmin uskomaton tuli lähes triviaalista - maailma alkoi puhua avaruusmatkailusta. Totta, se ei alkanut hyvin sujuvasti: vuonna 1986 ensimmäinen avaruusmatkailija oli tullut amerikkalainen opettaja, Christa McAuliffe, joka kuoli 73 sekuntia Challenger-sukkulan käynnistämisen jälkeen, ja Yhdysvallat hyväksyi lain, jolla kiellettiin lentoja avaruuteen muille kuin ammattilaisille. Mutta maailma muuttui, ja keinoja matkustajien turvallisuuden varmistamiseksi parannettiin.

Liikemies Dennis Tito, Canonical perustaja Mark Shuttleworth, Sensors Unlimited perustaja Gregory Olsen, Prodea Systems perustaja Anoushe Ansari, ensimmäinen nainen avaruusmatkailijoiden joukossa, tahallinen Software Corporationin johtaja Charles Simony (ja kaksi kertaa), tietokonepelien kehittäjä Richard Garry, on jo onnistunut käymään ISS: ssä ja Cirque du Soleilin toimitusjohtaja Guy Laliberte. Ja Ilona Maskin Tesla-auton lanseeraaminen nuken mukana laivassa ei voi olla vaikuttava - etenkin kun otetaan huomioon ironinen viittaus romaaneihin ”The Hitchhikerin opas galaksiin”, joka on ”Älä paniikkia” -viesti multimediajärjestelmässä.

Kaikki tämä ei kuitenkaan tarkoita, että ihmiskunta on alistanut kosmoksen. Meillä on vielä paljon tehtäviä, kuten suunnitelmia Marsin siirtymisestä. Ja nyt tiedemiehet eivät hukkaa tilaisuutta käyttää tilaa omiin tarkoituksiinsa. Kansainvälinen avaruusasema on kiertoradalla sijaitseva laboratorio, jossa voit suorittaa ainutlaatuisia kokeita. Tämä voisi olla hyödyllistä sekä astronauteille että tuleville Marsin asukkaille, lennolle, johon, kuten kävi ilmi, on kaksi kertaa niin vaarallista kuin kaikki ajattelivat. Mutta tähän mennessä se mahdollistaa ainakin tiedon saamisen tieteellisiin, myös lääketieteellisiin, löytöihin.

Twin astronautit ja genomin muutos

Scott ja Mark Kelly ovat ainoat täysin samanlaiset kosmonautit maailmassa (ne ovat identtisiä kaksoset). Ainakin se oli, kunnes Scott vietti lähes vuoden painottomuuden olosuhteissa. Yleensä astronautit "elävät" ISS: ssä enintään kuusi kuukautta, mutta Scott Kelly lähetettiin tarkoituksellisesti asemalle pidempään - niin, että hänen ruumiinsa muutokset olisivat huomattavampia. Palattuaan tutkijat vertaivat suorituskykyään veljensä kanssa: osoittautui, että Scottin korkeus kasvoi lähes viisi senttiä. Lisäksi sen ruumiinpaino on vähentynyt, suoliston mikrobiomi (joukko mikro-organismeja) on melkein muuttunut, ja genomi on alustavan analyysin mukaan muuttunut.

Kaikki tämä salli NASAn asiantuntijoiden todeta, että avaruusympäristö aktivoitui Scott Kellyn kehossa "kosmisten" geenien ryhmässä, jotka vaikuttivat koskemattomuuteen, luukudoksen ominaisuuksiin, näköön, kuuloon ja joihinkin muihin indikaattoreihin. Huolimatta siitä, että suurin osa muutoksista (esimerkiksi kasvu) jonkin ajan kuluttua palasi lähtökohtaan, noin 7% geeneistä vahvistettiin uuteen tilaan. Tiedemiehet uskovat, että syy siihen, mitä tapahtuu, on etsittävä "kosmisen stressin" vaikutuksesta - epätyypillisen ympäristön kehoon, jota keho havaitsee uhkana ja vastaa siihen.

Scott Kellyn ruumiinympäristö aktivoitui "kosmisten" geenien ryhmänä, jotka vaikuttivat koskemattomuuteen, luukudoksen ominaisuuksiin, näyyn, kuuloon

Aiemmissa tutkimuksissa, muuten, todettiin, että lentot avaruuteen erityisellä tavalla vaikuttavat aivoihin, mikä tekee siitä enemmän neuroplastista. Michiganin yliopistossa suoritetun kokeen mukaan astronauttien harmaat aineet vähenivät joillakin alueilla, kun taas toisissa, jotka olivat tällä hetkellä tarpeellisempia - esimerkiksi alaraajojen liikkeen vyöhykkeillä, se kasvoi.

Samalla Floridan yliopiston tutkijoiden ryhmä huomasi, että astronauteilla oli suurempi riski saada sydänongelmia kuuhun matkalla: Apollon osallistujilta 1961-1972 saatujen tietojen perusteella he havaitsivat, että kosminen säteily aiheuttaa noin "kuun" astronauttien sydän ja alukset kärsivät viiden kerran enemmän kuin astronautit, jotka eivät koskaan lentäneet kuuhun.

Pinky ja Brain: hiiret avaruudessa

Maksan tilaa ei vaikuta pelkästään alkoholin ja rasvojen ruokiin, vaan myös lentoihin avaruuteen. Tämä johtopäätös tehtiin vuonna 2011 Coloradon yliopiston tutkijoilta, jotka lähettivät ensin jyrsijät avaruuteen lähes kaksi viikkoa (tai tarkemmin sanottuna kolmetoista ja puoli päivää), ja katsoivat sitten, miten heidän elinensä muuttuivat tämän epätavallisen matkan jälkeen. Tietojen analyysi osoitti, että pääasialliset ongelmat liittyivät maksaan: eläimet havaitsivat alkupe- räiset alkoholittoman rasvan sairaudet. Tällaisten kokeiden tarkka syy on melko vaikeaa, mutta tutkijat ovat ehdottaneet, että lento laukaisi prosesseja, jotka aiheuttavat fibroosin kehittymistä (sidekudoksen lisääntymistä).

Laboratoriohiirien osalta niiden matka nykyaikaisen tieteen avaruuteen on yksi tärkeimmistä. Jyrsijöiden kokeita ei voida kopioida ihmisissä eettisistä syistä - mutta ne auttavat ymmärtämään, kykeneekö ihmiskeho selviytymään pitkäaikaisen voimakkaan kosmisen säteilyn vaikutuksista, jotka voivat aiheuttaa mutaatioita, mikä johtaa pahanlaatuisiin kasvaimiin. ISS: ään lähetetään vain aikuisten hiiriä, mutta myös jäädytettyjä hiiren alkioita. Palattuaan maapallolle ne tuodaan korvaavien hiiren äitien organismeihin ja katsovat perinteisissä olosuhteissa hiirten kasvua ja kehitystä.

Viime vuoden puolivälissä Kalifornian tiedemiehet ilmoittivat aikovansa lähettää neljäkymmentä hiirtä ISS: ään heti uuden osteoporoosirokotteen testaamiseksi. Luun proteiinin NELL-1 pohjalta kehitetyn kokeellisen lääkkeen tulisi suojata luukudosta osteoklasteilta - sitä tuhoavilta soluilta. On jo kauan tiedetty, että viidenkymmenen vuoden kuluttua ihmiset menettävät vuosittain keskimäärin 0,5% luukudosta. Painottomissa olosuhteissa tämä prosessi kuitenkin kiihtyy. Jos testit ovat onnistuneita, rokote auttaa sekä astronautteja, jotka joutuvat käyttämään kuukausia kiertoradalla, että "maanpäällisiä", jotka joutuvat luuhäiriöön.

Space Brewery

Tutkimusten runsaus aiheista, jotka näyttävät epätieteiltä ensi silmäyksellä (esimerkiksi sen syyn löytäminen, miksi naiset haistavat kumppaninsa paidat) auttaa uskomaan, että tiede ei välttämättä ole tylsää. Tämä pätee erityisesti silloin, kun tiedemiehet kokoontuvat gastronomisten - tai tässä tapauksessa alkoholinkäyttöisten - harrastajien kanssa. Vuonna 2017 tšekkiläinen panimoyhtiö Budweiser ilmoitti lähettävänsä ohransiemeniä ISS: lle. Miksi? Voit tulla ensimmäiseksi, kun aletaan valmistaa olutta suoraan avaruuteen.

Tietenkin panimot eivät olisi voineet tehdä yksinään. He yhdistivät voimansa avaruustieteiden kehittämiskeskuksen, ISS: n amerikkalaisen laboratorion johtajan ja Space Tango -yhtiön kanssa. Avaruusasemalle lähetetään 20 ohransiemeniä, jotka osallistuvat vähintään kahteen kokeeseen: ensimmäinen tutkii siementen käyttäytymistä mikrograviteettisissa olosuhteissa (eli gravitaatiota avaruusaluksessa, joka on läsnä, vaikkakin paljon heikompi kuin maapallolla), toinen on ohran kasvu painottomuudessa.

Totta, "avaruuskokeiden" tapauksessa "pian" on löysä käsite. Ei ole vielä selvää, tuleeko Budweiserin omistajien ajatus toteutumaan. Ongelmana on, että siemenet olisi pitänyt toimittaa ISS: lle: SpaceX CRS-13 raketti heidän kanssaan aluksella, joka oli tarkoitus aloittaa 4. joulukuuta 2017, sitten 8. joulukuuta tai 12 päivänä, mutta laukaisu lykättiin koko ajan. Tietoja tästä asiasta ei ole vielä raportoitu, joten kosminen olut ei todennäköisesti aloita ruoanlaittoa tänä vuonna.

Ruoka sääntöjen mukaan ja ilman

Täydellinen ja tasapainoinen ruokavalio on yksi tärkeimmistä ongelmista astronauteille pitkien lentojen aikana. Voit tietysti luottaa tunnettuihin "putkiin", mutta tiedemiehet eivät anna periksi yrittää kehittää jotakin mahdollisimman lähellä maapallon ruokavaliota. ISS: ssä olemme onnistuneet kasvattamaan vain salaattia, mutta monipuolisemman valikon luominen ei pysähdy minuutin ajan.

Viime aikoina Antarktiksen saksalaisen Neumayer Station III: n tutkimusryhmä, joka käytti hydroponiaa, onnistui kasvamaan paitsi salaattia, mutta myös retiisiä ja kurkkuja ilman valoa ja maaperää. Ja vaikka Etelämantereella ei olisi aivan tilaa, ankarat ilmasto-olosuhteet mahdollistavat vihannesten (ja tulevaisuudessa hedelmien) kasvatusmenetelmien kehittämisen, joita sovelletaan ISS: ään.

Lihan osalta Memphis Meats on saavuttanut jonkin verran menestystä tässä asiassa, se on kasvanut lihapullalaboratoriossa, joka makuun ei saa perinteistä

Lihan osalta tässä onnistuttiin Memphis Meats, joka oli ”kasvanut” lihapullalaboratoriossa, maistamatta, millään tavalla huonompi kuin perinteiset. Yhtiön edustajat luottavat siihen, että niiden tuotteiden tuonti avaruusruokavalioon voi tapahtua viiden seuraavan vuoden aikana. Toisaalta Space10: ssa, innovaatiokeskuksessa ja IKEA: n erikoislaboratoriossa, he voivat selvittää, miten he voivat elvyttää tulevaisuuden pikaruokansa nollapainoisesti, mukaan lukien spirulinan (sinilevää) ja koiran lihapullat, joten Memphiksen lihat eivät kannata rentoutua.

Pennsylvanian yliopiston tutkijaryhmä voi myös kilpailla oikeuteen ruokkia astronautteja, ja he ovat selvittäneet, miten jätteet voidaan muuttaa ruoaksi. Jätteiden käsittelyssä erityisessä suljetussa järjestelmässä he onnistuivat saamaan Methylococcus capsulatus -viljelyn, joka koostui 52%: sta proteiineista ja 36% rasvasta, mikä voi olla hyödyllistä sekä pitkillä lennoilla että tulevissa yrityksissä kolonisoida muita planeettoja.

Kosmiset mutaatiot ja maan resistanssi

Miksi lähettää siirtokuntien staphylococcus -pesäkkeet ISS: ään? Vastaus kysymykseen ei näytä ilmeiseltä, mutta Nanobiosymin johtaja Anita Goelle, joka kysyi NASA: lta, tietää varmasti. Vaaralliset "matkustajat" menivät avaruuteen 18. helmikuuta 2017, ja kampanjan tavoitteena oli tutkia näiden bakteerien mutaatioiden mekanismeja ja siten saada tietoa, joka auttaa kehittämään lääkkeitä maapallolla.

On tärkeää, että Staphylococcus aureus on resistentti monille antibiooteille ja voi aiheuttaa sepsiä, veritulehduksia ja keuhkokuumeita. Aikaisemmissa tutkimuksissa sienet kasvoivat nopeammin mikropainoisesti, ja Goelle ehdotti, että tämä voisi tapahtua bakteereilla, jotka mutatoivat nopeammin. Oletetaan, että mutaatioita, joita emme ole vielä tuttuja, voi ilmetä, ja tämä antaa meille mahdollisuuden aloittaa työskentely sopivilla lääkkeillä, kun taas niiden tarve ei ole vielä syntynyt - kuulostaa ainakin rohkaisevalta.

Sukupuoli ja lasten syntyminen Marsissa

Jos puhumme Marsin siirtymisestä todelliseksi, syntyy erittäin tärkeä kysymys: mitä tehdä lisääntymiseen? On erittäin tärkeää ottaa huomioon aurinkosäteilyn vaikutukset itusoluihin, jotka ovat sata kertaa vahvempia avaruudessa kuin maapallolla. Toinen tärkeä tekijä on mikrograviteetti, joka, kuten vuonna 1988 mainittiin, voi nopeuttaa siittiöiden liikkumista. Kuitenkin kolmekymmentä vuotta sitten tutkijat eivät voineet selvittää, vaikuttaako tämä hedelmöitysprosessiin.

Kaikki muuttui vuonna 2017, jolloin japanilaiset tutkijat lähettivät jäädytettyjä sperma-näytteitä hiiristä, jotka oli tallennettu ISS: ään yhdeksän kuukautta avaruuteen. Kun ne palautettiin maahan, sulatettiin ja käytettiin sitten lannoitukseen, osoittautui, että vauriot olivat kuitenkin vähäisiä. Tämän seurauksena yhdeksän "avaruuden" hiirtä ilmestyi heti - melko normaali, ilman anomaliaa genomissa tai kehityksessä, jotka itse kykenivät lannoittamaan ja antoivat täysimittaiset jälkeläiset.

Tämä koe sallii sanoa, että kosmos sopii hyvin hedelmöitysympäristöön. Toinen asia on se, että hiiret syntyivät maapallolla, ja siittiöt varastoitiin ISS: ään liian kauan - ja jos nämä olosuhteet muuttuvat, genomin muutos voi muuttua merkittävämmäksi. Tutkijoiden mukaan he aikovat tarkistaa tämän heti, kun tilaisuus on itsessään.

kuvat:NASA (1, 2, 3)